砌體結(jié)構(gòu)抗震能力快速評估方法研究

李科興+白羽+周立超

摘要： 建筑物震害預(yù)測是減輕地震災(zāi)害的基礎(chǔ)工作，對現(xiàn)有的砌體房屋的抗震能力鑒定與加固能有效降低震害。但是在開展建筑抗震能力鑒定工作時(shí)由于人力與財(cái)力的限制，不足以支撐全面的建筑物抗震鑒定工作。提出了基于可靠度的建筑潛在抗震能力快速評估方法，并介紹了基本能力分的計(jì)算、修正因子以及實(shí)施步驟。

Abstract： Seismic damage prediction is the basic work for earthquake disaster reduction， and the existing masonry building seismic capacity evaluation and reinforcement can effectively reduce the damage. But in the identification of seismic ability， due to the human and financial constraints， it is not enough to support a comprehensive building earthquake resistance appraisal work. Put forward the fast evaluation method of the potential seismic capacity based on reliable degree， and introduce the calculation of basic ability points， the correction factor and the implementation steps.

關(guān)鍵詞： 震害預(yù)測；潛在抗震能力；快速評估

Key words： earthquake damage prediction；potential seismic capacity；rapid assessment

中圖分類號：TU352.1+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）07-0094-03

0 引言

砌體結(jié)構(gòu)由于其經(jīng)濟(jì)性被廣泛用于民用、商用和學(xué)校，但由于其抗震性能較差，在歷次地震中，其震害都比較嚴(yán)重，造成了大量的人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失。在難以預(yù)料的破壞性地震來臨之前，對現(xiàn)有的砌體房屋的抗震能力鑒定與加固能有效降低震害。但是在開展建筑抗震能力鑒定工作時(shí)由于人力與財(cái)力的限制，不足以支撐全面的建筑物抗震鑒定工作，參考美國聯(lián)邦應(yīng)急管理署（FEMA）所推廣的“建筑潛在抗震能力快速觀察判定方法（RVS）”[1]，對既有建筑的抗震能力的鑒定評估提供了“沿路調(diào)查”方法快速判定建筑地震破壞風(fēng)險(xiǎn)，而且使用便捷，既適用于專業(yè)的工程師，也可被經(jīng)過適當(dāng)培訓(xùn)的非專業(yè)人員掌握。此方法的思路和基本的技術(shù)路線借鑒到我國的震害預(yù)測工作中是有必要的。

鑒于此，本文提出了基于《建筑抗震能力鑒定標(biāo)準(zhǔn)》與抗震能力的建筑快速判定的震害預(yù)測方法，介紹了建筑抗震能力快速判定方法基本結(jié)構(gòu)分?jǐn)?shù)、性能修正因子以及步驟。

1 砌體結(jié)構(gòu)抗震能力基本分確定

參考FEMA-155[2]附錄B中對建筑的基本結(jié)構(gòu)分BSH的定義其類似于結(jié)構(gòu)的可靠度指標(biāo)。則根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50068-2001）對極限狀態(tài)的定義是指整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求。極限狀態(tài)方程是：

2 性能影響因子的修訂

2.1 砌體結(jié)構(gòu)震害分析

根據(jù)08年汶川地震砌體結(jié)構(gòu)震害調(diào)查[4，5]影響砌體結(jié)構(gòu)抗震能力主要因素為以下幾方面：

①層數(shù)、高度。隨著結(jié)構(gòu)與層數(shù)高度的增加房屋的損傷程度也隨之增，并且砌體結(jié)構(gòu)對層數(shù)的影響較其他結(jié)構(gòu)敏感，震害程度與層數(shù)成正比。

②建造年代。結(jié)構(gòu)的抗震性能隨著建筑結(jié)構(gòu)的時(shí)間推移而發(fā)生變化，調(diào)查表明建造時(shí)間越久，抗震性能越差，倒塌率也隨之增大。

③平立面布置。房屋剛度和質(zhì)量分布不均勻、剛度中心和質(zhì)量中心不重合是導(dǎo)致建筑平面不規(guī)則重要原因，在地震中不規(guī)則部位容易產(chǎn)生應(yīng)力集中而引起破壞。立面布置不規(guī)則主要表現(xiàn)在出屋面附屬物，如女兒墻、出屋面煙囪、樓梯間塔樓等。平立面布置不規(guī)則會導(dǎo)致墻體水平方向、斜向的裂縫，更嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致局部坍塌。

④高寬比。當(dāng)房屋的總高度與寬度的比值過大時(shí)，整體結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生彎曲就會加重，同時(shí)會提高墻體所承受的附加應(yīng)力。并且實(shí)踐證明房屋的破壞程度與房屋高寬比成正比例關(guān)系。

⑤橫墻間距?？拐饳M墻的間距對房屋的空間剛度有直接的影響，若橫墻間距過大時(shí)，結(jié)構(gòu)的空間剛度就會變小，樓屋蓋就沒有足夠的剛度將水平地震力傳遞給相鄰的橫墻，就會出現(xiàn)樓屋蓋的損毀。

⑥窗間墻。門洞口會形成寬度較小的窗間墻，這就使得荷載傳遞到此處時(shí)因墻體的截面積突然減少而出現(xiàn)破壞。若未設(shè)置構(gòu)造柱，地震時(shí)墻體的抗剪強(qiáng)度就不足以抵抗墻體受到的剪力。由于剪切破壞，常出現(xiàn)裂縫、水平裂縫及X形裂縫。

⑦樓、屋蓋體系。預(yù)制樓板結(jié)構(gòu)比現(xiàn)澆樓板結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，而且在砌體結(jié)構(gòu)中，大多數(shù)房屋采用預(yù)制樓板。在震害調(diào)查中，很多破壞或倒塌的樓板都是預(yù)制空心板。預(yù)制板的搭接拉結(jié)不牢固，在地震中很容易塌落，這是因?yàn)轭A(yù)制板的整體性比較差。

⑧圈梁、構(gòu)造柱。砌體結(jié)構(gòu)中增設(shè)構(gòu)造柱后，構(gòu)造柱可以延緩和阻止砌體的開裂、散落，使墻體裂而不倒。當(dāng)墻體達(dá)到破壞的極限狀態(tài)下，由于構(gòu)造柱和圈梁的約束，使破碎墻體中的碎塊不易散落，從而能保持一定的承載力，使樓蓋不發(fā)生連續(xù)倒塌。另外，在砌體結(jié)構(gòu)中合理地設(shè)置構(gòu)造柱，能起到增強(qiáng)房屋整體性的作用，還可以利用其塑性變形和滑移摩擦消耗地震能量，從而提高抗震能力。

2.2 性能修正因子的確定

根據(jù)砌體結(jié)構(gòu)的震害特點(diǎn)，確定層數(shù)、高度，建造年代，平立面布置，高寬比，橫墻間距，窗間墻、樓，屋蓋體系，圈梁、構(gòu)造柱為性能影響因子，并且采用等權(quán)重影響因子。

3 建筑潛在抗震能力快速評估實(shí)施

建筑物抗震能力結(jié)果以安全性等級Asu、Bsu、Csu、Dsu表示，Asu表示安全性等級最高，Bsu次之。如果建筑評級較高，則認(rèn)為該建筑具有一定的抗震能力，如果建筑評級較低，則該建筑應(yīng)該由專業(yè)工程師通過詳細(xì)檢測與工程分析，最后確定建筑是否需要加固。

建筑潛在抗震能力快速評估包括以下步驟：

①進(jìn)行預(yù)算和成本估算，確認(rèn)檢查的范圍和充分利用已收集的資料。

②選擇和熟悉數(shù)據(jù)采集表及培訓(xùn)排查人員。

③逐棟調(diào)查現(xiàn)場的建筑，包括：1）校核與更新建筑信息。2）圍繞建筑觀察并在數(shù)據(jù)采集中畫出平立面圖以及建筑年代。3）確定用途和使用人數(shù)。4）識別抗震性能影響因子。5）給出該建筑的抗震性能最終評級。

4 工程實(shí)例分析

本工程為某小學(xué)學(xué)生宿舍樓二層，磚混結(jié)構(gòu)，建于2003年，根據(jù)《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》按照C類建筑的要求進(jìn)行抗震鑒定?，F(xiàn)場實(shí)測磚強(qiáng)度為MU10，砂漿強(qiáng)度為M5。其建筑平面圖如圖1。

根據(jù)PKPM-JDJG模塊抗力分析，計(jì)算各樓層可靠度指標(biāo)分別為一層？茁=0.4395，二層為？茁=0.667。修正因子調(diào)查如表1所示。

根據(jù)各樓層所得基本分與修正因子的調(diào)查，同時(shí)參考《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50292-1999）的相關(guān)規(guī)定，最后給定判定該建筑等級為Bsu。

5 結(jié)語

①本文提出的建筑潛在抗震能力快速評估方法基于GB50068-2001的基礎(chǔ)上所提出，有一定的實(shí)用性，基本分?jǐn)?shù)的確定應(yīng)根據(jù)不同烈度區(qū)域適當(dāng)修正，以便適用于大范圍城市建筑抗震能力的鑒定排查。

②本方法對抗震性能影響因子采用的是等權(quán)重考慮，應(yīng)根據(jù)實(shí)際實(shí)際震害資料對個(gè)因子進(jìn)行研究，確定其真實(shí)權(quán)重。

參考文獻(xiàn)：

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